大学物理演示实验在光学中的探讨与实践

摘要：本文基于光学演示实验在高校教育中的重要作用以及我校实际情况，探讨适应我校校情的大学物理演示实验在光学中的教学实践方式，同时可以推广至其他内容的演示实验中。

关键词：光学演示实验；教学设计；大学物理

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）01-0198-02

对于理工科学生，大学物理课程是比较重要的一门基础课程，然而它涉及很多比较抽象、难懂的概念，仅靠课堂的理论分析讲授难以达到良好的教学效果。演示实验能使学生切身感受到支配物理现象的规律如何起作用，可以弥补理论教学上的不足。尤其是光学部分的教学，它不同于其他大学物理内容的教学，光学中的很多本质和现象必须通过特殊的实验器材才能揭示出来，让大家观察[1]。光学演示实验能把光学的知识更形象有趣地展现出来，更能激发学生的兴趣，诱导他们进行思考，达到更好的教学效果。从参考文献[2]中可知国内外的高校历来都非常重视物理演示实验的教学，几乎所有重点高校都拥有一个自成体系的物理演示实验室。虽然作者所在的教学团队在理论课教学上已经有了一定的成绩，但是在物理演示实验上才刚刚起步，我们以光学部分为侧重点来开展演示实验教学工作。本文将探讨符合我校校情的大学物理演示实验在光学教学中的实践方式。

一、作用

大学物理演示实验中光学演示的作用主要有[1]以下几点。

1.增强知识学习的效果。光学演示实验可以使抽象、复杂、深奥的光学基本概念直观化和形象化，还可以使日常生活中的光学现象突出地显现出来，从而使学生得到丰富的感性知识，加深对理论内容的理解和巩固。通过光学演示实验，学生能看到支配光学现象的规律在什么条件下起作用，从而领悟到理论指导实践和实践检验理论的意义。

2.培养工程实践能力。光学演示实验可以培养学生的实验操作技能和科学创新能力，团队合作精神和解决实际问题的能力，以及学生的工程应用能力和创新意识[2]。

3.养成良好的习惯。光学演示实验能培养学生在学习、分析和研究问题时实事求是的科学态度和刻苦顽强的工作作风。同时能学到研究物理的各种实验方法，为以后的实验打下良好的基础，养成良好的习惯。

二、教学实践方式

要更好地把教学过程完成好，达到比较好的教学效果，教师在教学设计上做了很大努力。根据光学演示实验的特性，也为了让学生更好地体会光学的乐趣，以及考虑到作者所在学校的实际情况，我们的教学设计过程以教师为主导，学生为主体来实现。

1.教学内容。配合我校大学物理课程的内容，我们把大学物理演示实验以光学、振动与波动学、电磁学、热力学四个教学模块的形式向学生开放。因为有些学生可能只对其中一部分的内容（比如光学）有兴趣，因此四个教学模块是独立设置的，学生可以挑感兴趣的来选择。在光学部分，共有22个实验，除了传统上的光的衍射、干涉、偏振光干涉演示仪、迈克尔逊干涉仪、帘/台式皂膜、光栅视镜等内容外，还有近代物理的一些内容如超声光栅、黑洞模型等。

2.教学模式。目前我国演示实验教学实施模式主要有五种：随堂演示、集中演示、必修课模式、选修课模式、全开放性的教学模式[3]。基于我校上课教室比较分散，多个老师同时授课，大部分光学的演示仪器“较贵”、体积大、携带不方便等多种实际因素，随堂演示和集中演示在我校不易实行，而且也不易发挥学生的主动性和创造性。对于理工科学生，我校已经有专门的大学物理实验作为必修课，其中已经包含光学内容，而对于一些文科学生也没有必要专门设立必修课模式。基于上述考虑，我校的光学演示实验单独作为一个模块开成选修课，让学生自由选择。它不仅向理工科学生开放，同时也向文法学院、经管学院等不修物理课程的学生开放，让对光学感兴趣的学生都可以到实验室进行光学演示实验。学生在感受到乐趣的同时，还能修得学分，提高他们的学习动力。

3.教学过程。教师在光学演示实验教课之前，自身应该充分准备。除了把相关的理论知识整理把握充分之外，还应该把要演示的实验仔细做2～3遍[4]，尽量预先面对教学过程中会出现的问题，以防在教学过程中出现无法预估的问题时太慌张。另外在实验之前先不告知学生具体的实验内容，让他们带着一种新奇的心理进入到实验室，激发大家的探索欲望。进入实验室后，先让学生自由分组进行操作，根据学生水平及兴趣爱好，分工协同合作，培养学生的合作沟通能力。教学过程中，先为大家简单介绍一下每个实验内容，或者有需要时简单演示一些现象，让学生联想现实生活中类似的现象，然后再让学生回想支持这种现象的光学原理，这样由现实现象中得到的理论更容易加深印象。给出一个实验现象之后，鼓励大家去寻找用以支撑这个现象的理论，让大家通过自己的努力寻求出原因。整个实验过程中，有说明书、物理演示与探索计算机导学系统供学生查找。教师也会在实验室中，指导学生主动探究和分析现象。在实验过程中，要根据每个光学实验的具体情况，以及学生的不同反应，随时调整教学方式。比如光学模块中的帘式皂膜实验，看到实验中的皂液，大家自然就想到小时候玩的肥皂泡，看到皂膜呈现的彩色花纹，有些同学还会想到雨过天晴的路面积水，然后再问肥皂水不是彩色的，为什么会有彩色花纹呢？有些同学就能指出是薄膜干涉，但是具体产生过程，留待同学自己去探索。再比如海市蜃楼实验，一听到这个名字，学生都知道海市蜃楼的故事，也知道它表示的是虚幻的东西，然后学生看实验发现本来等高的两个模型，经过盐水一方的却升高了。对于这个现象大家都比较熟悉，这时教师提出来是什么原因造成这种现象的，大多数学生不知道。这时如果一味让学生自己去想，可能有点困难，教师此时应适时给点提醒，盐水经过一段时间静置之后，下层的浓度最大。让学生联想浓度差会引起光学理论中的什么东西，这时就能有同学知道折射率差别。然后再回到日常生活中，同学们就都知道海上的大气折射率会有差别。当然更具体的细节的内容留给学生去探寻。在光学演示实验室中的课上的内容结束之后，并不意味着教学过程就结束。学生回去之后选一个自己最感兴趣的实验写报告，每组学生协同合作，共同出一份报告，不要求每位同学都交。这样，使学生不受限于学分和报告，更能提高报告的质量，也更能增加学生的兴趣。

光学演示实验配合理论课教学，内容新颖、生动有趣、技术先进的教学仪器，不仅可以帮助学生理解光学概念，提高学习兴趣，更可以激发学生的探索热情和创新意识。经过我们教师不断地探索与实践努力，已逐渐形成一套成熟且具有我校特色的光学演示实验教学模式，并逐渐把这个教学模式推广到其他物理演示实验模块。

参考文献：

[1]顾菊观.光学演示实验教学研究[J].湖州师专学报，1997，19（005）：49-52.

[2]周菊林，李蓓，周华林.加强大学物理演示实验，培养工程应用型人才[J].湖南工业大学学报，2009，（02）.

[3]宋贤征，竹有章.国内大学物理演示实验教学现状调查[J].广西物理，2009，（01）.

[4]朱纯，陈健，朱云.大学物理演示实验教学方法的研究[J].江南大学学报（教育科学版），2008，（04）.

基金项目：北京建筑工程学院实践教学专项基金项目资助（J13-16）。